DE3214529A1 - Incremental, linear displacement measuring device - Google Patents
Incremental, linear displacement measuring deviceInfo
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Abstract
Description
Inkrementale, lineare Incremental, linear
Wegmeßvorrichtung Die Erfindung betrifft eine inkrementale, lineare Wegmeßvorrichtung, insbesondere für mit Linearmotor ausgestattete Positionier- oder Schrittantriebe. Position measuring device The invention relates to an incremental, linear Distance measuring device, especially for positioning or positioning devices equipped with a linear motor Stepper drives.
Es ist bekannt, als Wegmeßvorrichtung für lineare Positionier- oder Schrittantriebe elektrooptische Systeme vorzusehen (DE-OSn 25 43 668 und 26 54 075). Dabei wird beispielsweise ein feststehender Maßstab mit Wegmeßspur verwendet, der mit einer oder mehreren mit dem Läufer verbundenen Lichtschranken zusammenwirkt. Solche bekannten Wegmeßvorrichtungen sind jedoch störanfällig, insbesondere staubempfindlich, was sich beispielsweise im Falle des Antriebs von Drucker waagen in Datenschreibern oder dergleichen besonders nachteilig auswirkt, weil dort ein relativ hoher Staubanfall auftritt.It is known as a measuring device for linear positioning or Provide stepper drives for electro-optical systems (DE-OSn 25 43 668 and 26 54 075). For example, a fixed scale with a measuring track is used, the interacts with one or more light barriers connected to the runner. Such known distance measuring devices are, however, prone to failure, in particular sensitive to dust, what happens, for example, in the case of printer drives in data recorders or the like has a particularly disadvantageous effect because there is a relatively high amount of dust there occurs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für lineare Positionier- oder Schrittantriebe geeignete Wegmeßvorrichtung zu schaffen, die bei einfachem, robustem und preisgünstigem Aufbau besonders wenig störempfindlich, insbesondere unempfindlich gegenüber Staub und dergleichen ist.The invention is based on the object of providing a linear positioning or stepper drives to create a suitable measuring device that, with simple, robust and inexpensive construction, particularly less susceptible to interference, in particular is insensitive to dust and the like.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine feststehende einlagige Sendespule, deren Achse sich in Wegrichtung erstreckt, und eine damit induktiv gekoppelte, in Richtung der Sendespulenachse verstellbare Empfangsspulenanordnung mit zwei einlagigen Empfangsspulen, deren Achsrichtung derjenigen der Sendespule entspricht, von denen jede die gleiche Steigung wie die Sendespule hat und die nach Art eines mehrgängigen Gewindes ineinander verschachtelt sind, wobei die Sendespule und die beiden Empfangsspulen jeweils derart ausgebildet sind, daß einander benachbarte Windungen jeder Spule Strom jeweils in entgegengesetzter Richtung führen.This object is achieved according to the invention by a fixed single-layer transmitter coil, the axis of which extends in the direction of travel, and one with it inductively coupled receiving coil arrangement adjustable in the direction of the transmitting coil axis with two single-layer receiving coils, the axial direction of which is that of the transmitting coil corresponds, each of which has the same slope as the transmitter coil and the one after Kind of a multi-start thread are nested, the transmitter coil and the two receiving coils are each designed such that adjacent Windings of each coil lead current in opposite directions.
Eine solche Wegmeßvorrichtung erlaubt bei geringem Aufwand eine hochpräzise Wegmessung, da sie auf einfache Weise zwei Wegmeßsignale (Empfangssignale) bereitstellt, die eine genaue gegenseitige Phasenverschiebung von 900 haben. Durch Auswertung dieser um 900 phasenverschobenen Empfangssignale kann nicht nur leicht die jeweilige Läuferposition, sondern auch die Wegrichtung erfaßt werden. Die Wegmeßvorrichtung nach der Erfindung ist gegenüber Staub und ähnlichen Störeinflüssen in hohem Maße unempfindlich.Such a distance measuring device allows a high-precision with little effort Distance measurement, as it provides two position measurement signals (received signals) in a simple manner, which have an exact mutual phase shift of 900. By evaluation These received signals out of phase by 900 can not only easily change the respective Runner position, but also the direction of travel can be detected. The measuring device according to the invention is against dust and similar interfering influences to a high degree insensitive.
Die Empfangsspulenanordnung ist zweckmäßig kurz im Vergleich zur Sendespule. Bei Einsatz in Verbindung mit einem Linearmotor wird sie vom Läufer des Motors mitgenommen, während die Sendespule in den Motorständer integriert werden kann.The receiving coil arrangement is expediently short compared to the transmitting coil. When used in conjunction with a linear motor, it is carried along by the rotor of the motor, while the transmitter coil can be integrated into the motor stand.
Um die in ferromagnetischen Anordnungen schwer zu beherrschenden Fehler aufgrund von Schwankungen der magnetischen Kopplung zu vermeiden, sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Sendespule und die Empfangsspulen als Luftspulen ausgebildet. Die Fertigung gestaltet sich besonders einfach, wenn die Sendespule und die Empfangsspulen als Zylinderspulen ausgebildet sind und die Sendespule von der Empfangsspulenanordnung koaxial umfaßt ist. Dabei wird eine in hohem Maße robuste und stabile Anordnung erhalten, wenn die Sendespule auf einem langgestreckten Spulenträger aus nichtferromagnetischem Werkstoff, beispielsweise Glas, Keramik oder Kunststoff, sitzt, der von einer die Empfangsspulen tragenden und auf der Sendespule gleitenden Hülse aus nichtferromagnetischem Werkstoff umgeben ist. Die vorstehend genannten, für die Bildung zweier um 900 phasenverschobener Empfangssignale notwendigen Bedingungen lassen sich genau und einfach dadurch einhalten, daß die Sendespule und die Empfangsspulen jeweils aus Draht als Bifilarspulen gewickelt sind, die Wicklungen sowohl der Sendespule als auch der ineinander verschachtelten Empfangsspulen jeweils aneinander anliegen und der Drahtdurchmesser der Empfangsspulen gleich dem halben Drahtdurchmesser der Sendespule ist. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform könnten beispielsweise die Träger für die Sendespule und die Empfangsspulen mit entsprechenden Gewindegängen versehen sein, in die die Windungen der Spulen eingelegt sind.About the errors that are difficult to control in ferromagnetic arrangements due to fluctuations in magnetic coupling are to be avoided in further Embodiment of the invention, the transmitting coil and the receiving coils as air coils educated. Production is particularly simple when the transmitter coil and the receiving coils are designed as cylinder coils and the transmitting coil by the receiving coil arrangement is included coaxially. In doing so, it becomes a highly robust one and stable arrangement obtained when the transmitter coil is on an elongated coil support made of non-ferromagnetic material, for example glass, ceramic or plastic, is seated by one of the receiving coils carrying and sliding on the transmitting coil Sleeve made of non-ferromagnetic material is surrounded. The above, necessary conditions for the formation of two received signals phase-shifted by 900 can be adhered to precisely and simply by the fact that the transmitting coil and the receiving coils are each wound from wire as bifilar coils, the windings of both the transmitter coil as well as the nested receiver coils each rest against one another and the wire diameter of the receiving coils is equal to half the wire diameter of the Coil is. According to a modified embodiment, for example the carrier for the transmitter coil and the receiver coil with corresponding threads be provided, in which the turns of the coils are inserted.
Vorzugsweise ist die Sendespule an den Ausgang eines HF-Generators angeschlossen, während den Empfangsspulen phasenempfindliche Demodulatoren nachgeschaltet sind. Das von dem HF-Generator angelieferte Signal wird dann in Abhängigkeit von der Verstellung der Empfangsspulen mit Bezug auf die Sendespule amplitudenmoduliert. Die Trägerfrequenz des HF-Generators wird mittels der Demodulatoren abgetrennt, wobei die richtige Phasenlage der Empfangssignale erhalten bleibt. Zur Einjustierung der Positionieranordnung kann zweckmäßig zwischen den Ausgang des HF-Generators und die Steuereingänge der phasenempfindlichen Demodulatoren ein Phasenschieber geschaltet sein.The transmitter coil is preferably connected to the output of an HF generator connected, while phase-sensitive demodulators are connected downstream of the receiving coils are. The signal delivered by the HF generator is then dependent on the adjustment of the receiving coils with respect to the transmitting coil is amplitude-modulated. The carrier frequency of the HF generator is separated by means of the demodulators, the correct phase position of the received signals is retained. For adjustment the positioning arrangement can expediently between the output of the HF generator and the control inputs of the phase-sensitive demodulators a phase shifter be switched.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch die Sendespule und die Empfangsspulenanordnung einer Wegm.eßvorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Abwicklung von Sendespule und Empfangsspulen, Fig. 3 ein Prinzpschaltbild einer erfindungsgemäß ausgelegten Wegmeßorrichtung, und Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines mit der Wegmeßvorrichtung ausgestatteten linearen Positionierantriebs.The invention is described below on the basis of a preferred exemplary embodiment explained in more detail. In the accompanying drawings: FIG. 1 shows a schematic Partial section through the transmitter coil and the receiver coil arrangement of a Wegm.eßvorrichtung according to the invention, FIG. 2 a schematic development of the transmitting coil and receiving coils, 3 shows a basic circuit diagram of a displacement measuring device designed according to the invention, and 4 shows a basic illustration of one with the displacement measuring device equipped linear positioning drive.
Entsprechend Fig. 1 ist auf einen langgestreckten Spulenträger 10 aus nichtferromagnetischem Werkstoff, beispielsweise Glas, Keramik oder Kunststoff, eine Sendespule 11 aufgewickelt. Bei der Sendespule 11 handelt es sich um eine einlagige Zylinderluftspule aus Draht in Bifilaranordnung. Die Windungen der Sendespule 11 liegen praktisch lückenlos aneinander an. Die in Fig. 1 in die aufgeschnittenen Windungen eingezeichneten Pfeilspitzen (Punkte) und Pfeil enden (Kreuze) lassen erkennen, daß aufgrund der bifilaren Bewicklung einander benachbarte Windungen, beispielsweise die Windungen 12 und 13, Strom jeweils in entgegengesetzter Richtung führen. Anfang und Ende der Sendespule 11 sind in den Fign. 1 und 2 mit 3 bzw. 3 bezeichnet.According to FIG. 1, there is an elongated coil carrier 10 made of non-ferromagnetic material, for example glass, ceramic or plastic, a transmitter coil 11 wound up. The transmission coil 11 is a single-layer Cylinder air coil made of wire in a bifilar arrangement. The turns of the transmitter coil 11 are practically completely in contact with one another. The in Fig. 1 in the cut open Let the arrowheads (dots) and arrow ends (crosses) marked in the windings recognize that due to the bifilar winding, adjacent turns, for example the turns 12 and 13, current in each case in the opposite direction to lead. The beginning and end of the transmitter coil 11 are shown in FIGS. 1 and 2 with 3 and 3 respectively designated.
Eine Empfangsspulenanordnung 15 weist eine Hülse 16 aus nichtferromagnetischem Werkstoff, beispielsweise wiederum Glas, Keramik oder Kunststoff auf. Die Hülse 16 gleitet auf der Sendespule 11, deren Achse 17 sich in Richtung des zu messenden Weges erstreckt. Die Hülse 16 trägt zwei nach Art eines mehrgängigen Gewindes ineinander verschachtelte Empfangsspulen 18, 19. Ähnlich wie die Sendespule 11 sind die Empfangsspulen 18, 19 einlagige zylindrische Luftspulen in Bifilaranordnung. Anfang und Ende der beiden Empfangsspulen sind in den Fign. 1 und 2 mit 1 und 7 für die Empfangsspule 18 bzw. 2 und 2 für die Empfangsspule 19 bezeichnet. Die Empfangsspulen 18, 19 sind aus einem Draht gewickelt, dessen Durchmesser gleich dem halben Drahtdurchmesser der Sendespule 11 ist, und die Windungen der ineinander verschachtelten Empfangsspulen liegen praktisch lückenlos aneinander an. Beide Empfangsspulen 18, 19 haben die gleiche Steigung wie die Sendespule 11. Die Stromrichtung in den Windungen der Empfangsspule 18 ist entsprechend der Darstellung der Sendespule 11 in Fig. 1 mit Pfeilspitzen und Pfeilenden angedeutet. Einander benachbarte Windungen, beispielsweise die Windungen 20, 21 der Empfangsspule 18 werden im Betrieb von Strom jeweils in entgegengesetzter Richtung durch flossen. Entsprechendes gilt für die Empfangsspule 19, von der in Fig. 1 zwei einander benachbarte Windungen mit 22 und 23 bezeichnet sind.A receiving coil arrangement 15 has a sleeve 16 made of non-ferromagnetic Material, for example again glass, ceramic or plastic. The sleeve 16 slides on the transmitter coil 11, the axis 17 of which is in the direction of the to be measured Path extends. The sleeve 16 carries two into one another in the manner of a multiple thread Interleaved receiving coils 18, 19. The receiving coils are similar to the transmitting coil 11 18, 19 single-layer cylindrical air-core coils in a bifilar arrangement. Beginning and end of two receiving coils are shown in FIGS. 1 and 2 with 1 and 7 for the receiving coil 18 or 2 and 2 for the receiving coil 19 denotes. The receiving coils 18, 19 are wound from a wire whose diameter is equal to half the wire diameter of the transmitting coil 11, and the turns of the nested receiving coils are practically completely in contact with one another. Both receiving coils 18, 19 have the same slope as the transmitter coil 11. The current direction in the turns of the receiver coil 18 is corresponding to the representation of the transmission coil 11 in Fig. 1 with arrowheads and arrow ends indicated. Adjacent turns, for example the turns 20, 21 of the receiving coil 18 are in operation of current in opposite directions Direction flowed through. The same applies to the receiving coil 19, of which in Fig. 1 two adjacent turns with 22 and 23 are designated.
Die gegenseitigen Mittenabstände der Windungen, z*B.The mutual center-to-center distances of the turns, e.g.
20, 21, der Empfangsspule 18 sowie die gegenseitigen Mittenabstände der Windungen, z.B. 22, 23, der Empfangsspule 19 sind also gleich den gegenseitigen Mittenabständen der Windungen. beispielsweise 12, 13, der Sendespule 11. Mit Ausnahme der Endwindungen liegt jede Windung der einen Empfangsspule zwischen zwei Windungen der jeweils anderen Empfangsspule, und die Empfangsspulen 18, 19 sind in Richtung der Achse 17 um eine halbe Spulenteilung gegeneinander versetzt.20, 21, the receiving coil 18 and the mutual center-to-center distances of the turns, e.g. 22, 23, of the receiving coil 19 are therefore equal to the mutual ones Center-to-center distances of the turns. for example 12, 13, the transmitter coil 11. Except of the end turns, each turn of the one receiving coil lies between two turns the other receiving coil, and the receiving coils 18, 19 are in the direction the axis 17 offset from one another by half a coil pitch.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist- die Sendespule 11 an die Ausgänge eines HF-Generators 26 angeschlossen, während die Empfangsspulen 18, 19 über Verstärkerstufen 27, 28 mit Eingängen von phasenempfindlichen Demodulatoren 29, 30 verbunden sind. Den Demodulatoren 29, 30 sind Verstärkerstufen 31, 32 nachgeschaltet. Zwischen dem Ausgang des HF-Generators 26 und den Steuereingängen 33, 34 der Demodulatoren 29 bzw. 30 sitzt ein Phasenschieber 35.As can be seen from Fig. 3, the transmitter coil 11 is connected to the outputs an HF generator 26 connected, while the receiving coils 18, 19 via amplifier stages 27, 28 with inputs of phase-sensitive demodulators 29, 30 are connected. The demodulators 29, 30 are followed by amplifier stages 31, 32. Between the output of the HF generator 26 and the control inputs 33, 34 of the demodulators A phase shifter 35 is seated 29 or 30.
Wird die Empfangsspulenanordnung 15 gegenüber der Sendespule 11 in Richtung der Achse 17 verschoben, während die Sendespule 11 aus dem HF-Generator 26 mit einem hochfrequenten Strom gespeist wird, werden in den Empfangsspulen 18, 19 Empfangssignale mit der Frequenz des Ausgangssignals des HF-Generators 26 induziert, die in Abhängigkeit von der Position der Empfangsspulenanordnung in gegenseitiger Phasenverschiebung von 900 amplitudenmoduliert sind.If the receiving coil arrangement 15 is opposite to the transmitting coil 11 in Shifted towards the axis 17, while the transmitter coil 11 from the HF generator 26 is fed with a high-frequency current, are in the receiving coils 18, 19 received signals induced at the frequency of the output signal of the HF generator 26, which depend on the position of the receiving coil arrangement in mutual Phase shift of 900 are amplitude modulated.
An den Ausgängen 36, 37 der Verstärkerstufen 31, 32 treten infolgedessen Positionssignale auf, die gegeneinander um exakt 900 phasenverschoben sind.As a result, there occur at the outputs 36, 37 of the amplifier stages 31, 32 Position signals that are phase-shifted by exactly 900 with respect to one another.
Fig. 4 zeigt schematisch ein mit der Wegmeßvorrichtung gemäß den Fign. 1 bis 3 ausgestattetes Linearmotor-Positioniersystem. Das Positioniersystem weist einen Ein-Chip-Mikroprozessor 39 auf, mit dem eine Motorendstufe 40 eines kollektorlosen, elektronisch kommutierten Linearmotors 41 verbunden ist. Der Motor 41 kann vorzugsweise in der in den Patentanmeldungen P 31 23 441 und P 31 49 214 näher erläuterten Weise aufgebaut sein. Auf den Inhalt dieser älteren Patentanmeldungen wird ausdrücklich Bezug genommen. Beispiele weiterer in diesem Zusammenhang anwendbarer Linearmotoren ergeben sich aus den eingangs genanntn DE-OSn 25 43 668 und 26 54 075 sowie den DE-OSn 29 12 531, 29 12 532, 27 42 050 und 29 39 445. Dem Linearmotor 41 sind ein Kommutierungssensor 42 und die (mit Ausnahme des HF-Generators 26) als Ganzes mit 43 bezeichnete Wegmeßvorrichtung gemäß Fig. 3 zugeordnet. Die Ausgänge 36, 37 (Fig. 3) der Wegmeßvorrichtung 43 sind an einen Analog/Digital-Wandler 44 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Mikroprozessor 39 verbunden ist. Die Motorengstufe 40 kann zweckmäßig als Dreiphasen-Brückenschaltung mit Endstufentransistoren ausgelegt sein, von denen in Fig. 4 nur zwei bei 45 angedeutet sind. Ein mittels eines Strommeßglieds 46 erfaßtes Motorstromsignal läßt sich in einer Stufe 47 für Regel-und/oder Steuerzwecke auswerten.Fig. 4 shows schematically a with the displacement measuring device according to FIGS. 1 to 3 equipped linear motor positioning system. The positioning system has a one-chip microprocessor 39, with which a motor output stage 40 of a brushless, electronically commutated linear motor 41 is connected. The motor 41 can preferably in the manner explained in more detail in patent applications P 31 23 441 and P 31 49 214 be constructed. The content of these older patent applications is expressly stated Referenced. Examples of other linear motors that can be used in this context result from the aforementioned DE-OSn 25 43 668 and 26 54 075 and DE-OSn 29 12 531, 29 12 532, 27 42 050 and 29 39 445. The linear motor 41 are a commutation sensor 42 and (with the exception of the HF generator 26) as The entire distance measuring device designated 43 according to FIG. 3 is assigned. The exits 36, 37 (FIG. 3) of the travel measuring device 43 are connected to an analog / digital converter 44 connected, the output of which is connected to the microprocessor 39. The engine limit 40 can expediently be designed as a three-phase bridge circuit with output stage transistors of which only two are indicated at 45 in FIG. 4. One by means of a current measuring element 46 detected motor current signal can be used in a stage 47 for regulation and / or control purposes evaluate.
Claims (9)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: PAPST LICENSING GMBH, 78549 SPAICHINGEN, DE |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |